星空万象

嫦娥五号采样区位于月球正面西侧风暴洋东北部地区，坐标为北纬43.06度，西经51.92度。相比美国和苏联在上世纪六七十年代分别开展的6次“阿波罗”和3次“月球”系列采样返回探测任务，嫦娥五号任务的采样区纬度最高，处于中高纬区域，而“阿波罗”和“月球”任务着陆区均位于靠近赤道的中低纬区域。在嫦娥五号成功着陆之后，美国航天局的环月探测器刚好在第二天飞跃嫦娥五号着陆点上空附近，并利用其携带的高分辨率相机，在一百多千米高空，拍摄了嫦娥五号在月面工作的场景，也为研究嫦娥五号着陆区提供了很好的机会。

世界各国目前月球采样返回探测任务着陆点，全部位于月球正面（底图：LROC WAC影像）。

嫦娥五号也是目前唯一着陆于风暴洋地区的采样返回探测任务。风暴洋是月球最大的月海地区，也是唯一以“洋”来命名的月球地区，以此可见其在月球研究中的重要性（注：月海是月球表面地势较低、被火山玄武岩覆盖的平坦区域，颜色较暗，早期天文学家认为其类似于地球上的海洋，所以命名为“月海”，虽然现在已经知道月球表面一滴水都没有，但是仍然沿用了这一名称）。风暴洋地区位于月球正面西侧，是月球上火山喷发持续最久的区域。撞击坑形貌与数量统计分析表明，风暴洋地区分布的很多月海物质比阿波罗12号任务采集的低钛玄武岩还年轻，后者为嫦娥五号任务之前，月球探测任务获得的最年轻的玄武岩样品，年龄约为31亿年。而通过遥感探测数据，发现月球上最年轻的玄武岩均位于风暴洋地区，其喷发年龄约为10亿年左右，这一观点如果被证实，将显著延长月球火山喷发活动的时间跨度，从而改写对月球内部温度状态、地质演化的认识。此外，风暴洋地区分布的年轻玄武岩还具有非常特殊的物质成分。早期的地基望远镜光谱测量发现这些玄武岩有着非常高的“紫外/可见光”波段比值，说明其具有较高的钛元素含量。近年绕月探测器获取的月表高分辨率光谱数据表明，这些玄武岩确实非常富集钛元素，含量可达7%左右，为月球上钛元素含量最高的区域之一。光谱学分析还发现这些玄武岩中还含有较高的橄榄石矿物，这一独特的物质成分特点进一步彰显了风暴洋地区的科学价值。

而嫦娥五号采样区就位于月表最年轻的玄武岩之上，科学家基于多光谱影像数据，划定了嫦娥五号采样区所在的玄武岩地质单元，并利用月表图像数据和撞击坑数量统计技术，计算得到该地质单元的年龄约为10—20亿年，确实比以往探测任务采集的玄武岩样品年轻很多。然而，由于遥感探测技术的局限性，上述方法计算得到的玄武岩年龄误差较大，更为准确的结果只能依赖于在地球实验室对样品进行精细测量，这也是嫦娥五号任务主要科学目标之一。

放大来看，嫦娥五号采样区周围地形非常平坦，属于月表典型的月海平原，形成于大规模火山喷发活动充填的大量岩浆物质。采样区周围最主要的地貌特征就是密集分布的撞击坑，主要是由于来自太空的陨石高速撞击月表形成的。这些撞击坑绝大部分呈圆形，大小不一，直径最大可达上千米，且越小的撞击坑数量越多。采样区周围最大的撞击坑是位于采样区西侧、约15千米外的“刘徽”撞击坑（注：刘徽为我国魏晋时期著名数学家，著有《九章算术注》；月球表面的地貌特征常以著名的科学家、哲学家及探险家来命名）。该撞击坑直径约为1.5千米，内部呈碗型，撞击坑坑缘周围可见隆起构造。另外，我们可以看到一些呈簇状分布的撞击坑群，这些撞击坑一般呈椭圆形等特殊形状，是由于陨石高速撞击月表时，挖掘出深部物质，并将这些物质高速溅射出去，这些溅射出来的物质会再次坠落并撞击月表，形成我们看到的撞击坑群，所以这种坑也叫作“二次撞击坑”。

月球风暴洋地区地形图（数据来源：LOLA），白、红、黄色代表地势较高区域，蓝、绿色代表地势较低区域。

嫦娥五号采样区所在的玄武岩地质单元，底图为多光谱彩色合成影像（数据来源：Kaguya MI光谱数据），蓝色代表钛含量较高的玄武岩区域，橙色代表钛含量较低的玄武岩，深红色代表铁含量较低的高地物质。

除了大量撞击坑之外，采样区周围最主要的特征是位于采样区南侧的小型山丘和东侧的沟槽构造。南侧的山丘构造距离嫦娥五号采样区约10千米，该山丘长约10千米，宽约7千米，高约520米，以我国“南岳”衡山来命名。通过地形地貌和物质成分分析，我们发现该山丘上的物质具有较低的铁元素含量，与周围平坦月海物质明显不同，且更加古老，属于月表“熔岩原孤丘”。这类丘最开始为古老的非月海物质，后期周围被火山熔岩流所覆盖，形成我们所看见的“孤岛”，类似于河流中央的沙岛。

东侧的沟槽构造类似于地球上干涸的河床，在月球上叫“月溪”构造，该月溪以英国数学和天文学家亚伯拉罕·夏普命名为夏普月溪。我们还可以看到该月溪在很多地方呈现出蜿蜒的走向，类似于地球上弯曲的河道。虽然这种月溪看起来很像地球上流水作用形成的河道，但是我们现在已经知道，月球表面是不含一滴水的，这些蜿蜒型月溪是由于大规模火山喷发时，炙热的岩浆侵蚀月表形成的。目前在月球表面已经发现了200多条蜿蜒型月溪，而嫦娥五号采样区东侧的夏普月溪是月球上最长的一条，总长度达566千米，宽约840米，深度约为80米。嫦娥五号采样区距离该月溪最近仅约17千米，形成该月溪的大量熔岩流可能流淌到了嫦娥五号采样区，从而成为嫦娥五号返回样品的来源，因此，对嫦娥五号样品的精细测量，将为研究月球蜿蜒型月溪的起因提供重要线索。

本文节选自《中国国家天文》5月刊《嫦娥五号样品揭秘月球演化》。

致谢：本文受到了中国科协2022年度研究生科普能力提升项目的资助。

作者简介：

乔乐 山东大学（威海）空间科学与物理学院副研究员、硕导，研究方向：月球遥感及地质学。

尹承翔 山东大学（威海）空间科学与物理学院硕士生，研究方向：月球与火星样品分析。

陈剑 山东大学（威海）空间科学与物理学院博士后，研究方向：月球光谱学与物质成分。

付晓辉 山东大学（威海）空间科学与物理学院教授、博导，研究方向：月球与行星表面地质过程。

凌宗成 山东大学（威海）空间科学与物理学院教授、博导，研究方向：行星光谱遥感与深空探测。

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